监狱监控系统建设需求

　　到目前为止，很多监狱的视频监控系统还是停留在比较落后的水平，采用模数结合的系统，图像分辨率也较低，采用CIF或2CIF。但随着高清技术在监控领域的成熟，很多新建或改造监狱已经实现D1分辨率的覆盖，并且在部分监控点位也在逐步尝试采用数字化高清(720P、1080P分辨率)监控。

　　同时，一些新建或改造监狱对摄像机覆盖率提出了更高的期望，要求能够实现全面覆盖，不允许出现监控死角。这导致监狱监控系统规模出现了爆发式的扩张，一个监狱的监控点达到了几千路，如何用好这几千路图像就成为了出现的新问题。

　　规模如此大的一个监控系统，就系统本身而言是否稳定可靠，扩容是否方便，录像调阅是否方便，录像存储是否安全是在方案设计阶段不得不考虑的问题。

　　另外，很多安防监控系统的建设，往往是周界防护系统、主/被动报警系统、门禁系统、对讲系统等安防子系统和视频监控系统、智能图像分析系统等监控子系统的简单堆砌，靠最原始的人工分析将安防系统上报的安全事件/突发事件与监控系统的现场画面联系起来，监控人员的劳动强度大，工作效率低。而一个优秀的安防体系，虽然由若干相对独立的子系统构成，但是绝不应该是各个子系统之间的简单叠加，而应该在整合在安防系统的统一架构下，互相融合，互相联动，成为一个整体的有机组成部分。这样，才能对安全事件立即反应，迅速处置，把安防系统的作用由事后取证向事中遏止和事前预防发展。

　　监狱中安防设施和视频监控系统建设，不同于普通大型园区的安防监控建设，除了普通安全防范之外，还有对罪犯的监督管理、教育改造以及对干警工作监督等多重目的。因此，监狱安防监控系统，不仅要在安防监控层面上实现各个子系统之间的联动配合;而且也要在业务管理层面上与生产管理、应急指挥、所政管理、司法业务等密切相关。实现技防管理与上层应用业务的紧密配合，已经成为今后司法监狱安防监控建设的发展方向。

　　全交换方案的系统架构

　　目前监控系统可选择的架构主要有三种：模数结合的系统、IP流媒体架构的系统、IP全交换监控系统。模数结合的监控系统由于联网困难、扩容复杂、安防联动较难等问题，在新建或改造监狱中基本不再考虑。IP流媒体架构的监控系统，实况转发和录像存储需要使用大量的服务器，由于服务器的性能瓶颈以及可靠性问题，在监狱行业的应用也不具备优势。很多监狱最终还是考虑了IP全交换视频监控系统，系统拓扑图1所示。

　　整个系统以IP网络为基础，IP监控系统为平台来管理整个监控系统，系统内视频业务流与控制信令流相分离，监控平台只处理控制信令不进行视频数据的转发。在这样的数据处理机制下，监控平台的处理压力被降到最小，也加强了监控平台的管理能力，可实现三台服务器管理5000路图像的管理能力。

　　全交换方案的详细设计

　　监狱监控管理系统采用“二级中心”的模式构建，即在指挥中心设置一级中心，作为全监狱视频监控系统的总控制中心;在各值班室设置二级监控指挥中心，分别按各自的职责、权限、管辖区域进行监控系统管理操作。

　　监控核心平台设计

　　在监狱监控指挥中心，部署监控管理服务器、IPSAN网络录像设备，配置相应的管理客户端和解码设备，作为视频监控系统核心，实现监狱监控系统音视频资源的调度。

　　全交换架构监控系统的核心平台由三台服务器构成，在这样的架构之下管理平台只进行系统的管理不参与视频数据的转发过程，图像的转发全部由网络设备的分发来完成，系统实现了业务流和控制信令流的分离。采用全交换架构设计，有效地提高了系统的可靠性、稳定性，将传统流媒体方案的性能处理瓶颈问题进行了彻底的解决。

　　在监狱监控中心往往会发生服务器故障、掉电等意外情况，一旦发生此类情况对传统流媒体监控系统将会是一个致命的问题，直接将导致系统瘫痪并且无法进行录像的存储，所以在流媒体方案中常常会采用双机热备或者集群等技术来降低故障风险，但不管采用哪种方法都无法从根本上规避该类问题而且还会增加服务器的投入。全交换方案中基于先进的系统架构实现端到端的存储和上墙显示，图像无需服务器转发，此时如果服务器故障并不会影响图像的存储和实时图像的上墙观看，从根本上规避了系统性能瓶颈的问题。

　　存储系统设计

　　在全交换方案中采用端到端的直接存储技术，即采集的图像经过前端设备编码后形成数据块，此数据块通过网络直接传输至存储设备而不需要平台服务器的转发，即实现了裸数据块的直存。

　　不同于传统的文件存储系统，数据块存储使得图像存储和调阅更加可靠、高效。文件存储由于文件打包需要一定的时间而无法实现图像的秒级回放，数据块存储则不存在该限制，可以实现任何前一秒的图像的回放，在监狱实战应用时可以更加快速地回放出当前事故发生前几秒的录像而有效防止恶性事件的发生。

　　同时，文件存储会产生文件碎片导致有效存储空间减少，而数据块存储由于不进行文件打包就不会产生文件碎片，大大提高了存储空间的利用率。

　　前端设备部署

　　前端常规部署有编码器加模拟摄像机和IPC两种方式，随着整个监控领域数字化的发展，IPC替代编码器方式已经逐渐成为趋势(高密度标清点位依旧以多路编码器为主)，特别是高清监控完全采用IPC来部署。

　　在监狱内目前还是以标清监控为主，医院、食堂、教学楼等对图像质量要求一般的室内监控，可根据需求配置多路标清编码器或标清IPC，而周界、道路等防护等级较高的区域则部署高清IPC。

　　在监舍内部，通常的做法是部署两个摄像机达到完全覆盖监舍的效果，但很多时候出于节省系统建设成本考虑，我们更希望一个摄像机就能够覆盖整个监狱。普通监舍使用的摄像机无法做到一个摄像机覆盖整个监舍，可通过部署一个带广角镜头的半球来实现对监舍的覆盖，取代传统部署两个半球的方案。

　　另外，禁闭室等重点看押区域，可部署内嵌智能分析或行为分析功能的音视频编码器或IPC，在普通音视频监控的同时，可早期处理或预防恶性事件。

　　网络设备部署

　　监狱内部安防承载网往往会采用独立建网，并且采用“核心—汇聚—接入”三层架构。

　　在全交换监控系统内，为满足一路图像多个客户端观看，往往会使用组播功能进行图像的转发来释放服务器的转发压力。前端摄像机或编码器支持可控组播功能，交换机开启组播功能，即可完成图像的组播转发。

　　在监狱道路和周界围墙监控点的链路部署较为困难，采用传统部署方式光纤浪费较为严重，故引入EPON接入技术，单条光纤可串接众多监控点，取代传统视频光端机设备。在道路、周界多个IPC通过一根光纤采用EPON方式接入到中心交换机上，采用无源光器件，大大提高系统的整体可靠性。[nextpage]

　　全交换方案特点

　　IP全交换系统架构

　　采用先进的IP全交换架构，将管理和业务承载的数据流分离，单台服务器管理视频资源最大化，同时确保在服务器故障时，原来进行的图像录像、视频观看业务不中断，为监狱视频监控系统提供了最可靠保障。

　　端到端的显示和存储

　　根据监狱实际需求和网络监控中对实时流和存储流的需求差异，全交换方案在编码器中采用了实时流和存储流分别输出的双流设计，其中实时流支持单、组播，存储流支持标准的单播流，编码器到IP SAN盘阵间实现端到端连接，既满足实时流低延时、大收敛比的访问需求，又满足了存储流高可靠性、海量、分布式存储的需求，避免了传统方案媒体服务器转发存储流的瓶颈问题，优化了系统的整体并发处理性能。

　　极大地降低了扩容成本

　　由于全交换方案业务数据流的分发不需要通过服务器转发来实现，三台服务器可实现5000路以内图像的管理，在系统进行扩容时只需要增加前端设备和存储即可，不需要增加后端服务器，大大降低了扩容成本和设备维护工作量。

　　图像压缩方式优化

　　采用最新的专业图像压缩技术，可提供720P和1080P高清晰图像分辨率，支持MPEG2、MPEG4、H.264等多种编码格式。其中H.264采用最高的HighProfile标准，可将720P压缩至1-3M，1080P压缩至3-6M，尤其是在高动态图像监控场合，可以为用户提供广播级的高清图像质量。

　　同时专网方案下通过组播优化等网络技术，使得具备低于300毫秒的实时性能，满足监狱应急指挥中对视频监控的要求。

　　存储设备数据管理优化

　　编码器和IP摄像机均支持iSCSI协议，实现裸数据方式直接写入盘阵。管理服务器可通过特殊技术手段在数据写入过程中实时监控数据写入过程，可完成视频数据实时刷新和存储装态实时监控。采用端到端的直接写入，使系统工作稳定、可靠，特别是系统扩展上，视频编码设备码率变化后对系统压力影响相当小。

　　高效的数据检索技术和数据管理，直接采用块方式进行视频数据的读写，避免了文件切分的瓶颈问题，同时克服了传统监控模式中文件存储容易损坏文件和无法查询最近图像的弊端，大大缩短了图像回放响应时间，可实现历史图像信息的秒级回放，为紧急情况处置争取了时间。保证写入、查询、读取等各种操作的高效，同时具备最佳的系统稳定性。

　　智能便利的管理维护

　　将IP网管及业务控制平台的技术应用至IP监控系统，彻底改变传统监控只能依靠人工进行系统管理和维护的局面，实现编解码、存储、网络传输和业务软件(服务器)四大平台的统一管理。全网设备的统一拓扑视图、拓扑自动发现管理、全网设备状态管理、故障自动告警及定位管理和GIS地图功能。

　　前端设备具有多种接入方式

　　具有Ethernet(以太网)、SFP(光纤)、EPON(无源光网络)等多种接入方式。编码器提供双网口、SFP光纤接口和EPON无源光网络接口，方便不同环境选择组网方案。室外周界围墙视频监控可采用EPON光纤组网，在提供高带宽接入的同时还大大节约了光纤资源。

　　结语

　　在监狱监控系统关注较多的往往是系统的稳定可靠性和数据安全性，这两者实质上都是围绕一个目的在进行，即一旦出现突发事件能够快速调阅监控录像，以作为指挥中心实施应急指挥的重要决策依据，并且录像不容易外泄即便泄露不法分子也不容易读取数据。

　　全交换架构系统可以很好的从根本上解决上述问题，是目前在监狱安防系统建设中广泛应用的一种建设模式，而且随着监控规模的不断扩大和高清化的深入，全交换架构模式的优势将越发明显。